научная статья по теме НАКОПЛЕНИЕ РАСТВОРИМЫХ И МАЛОРАСТВОРИМЫХ ФОРМ МЕТАЛЛОВ В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ Геология

Текст научной статьи на тему «НАКОПЛЕНИЕ РАСТВОРИМЫХ И МАЛОРАСТВОРИМЫХ ФОРМ МЕТАЛЛОВ В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 2, с. 111-118

ЗАГРЯЗНЕНИЕ -

ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

УДК 504.37:543.621

НАКОПЛЕНИЕ РАСТВОРИМЫХ И МАЛОРАСТВОРИМЫХ ФОРМ МЕТАЛЛОВ В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ

© 2015 г. М. И. Василевич, В. А. Безносиков, Б. М. Кондратёнок

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, Республика Коми,167982 Россия. E-mail: mivasilevich@rambler.ru

Поступила в редакцию 12.11.2013 г. После исправления 15.05.2014 г.

Проведен количественный химический анализ снежного покрова на фоновых территориях таежной зоны Европейского северо-востока России. Сравнительный анализ химического состава растворимой и нерастворимой фаз талой воды, а также результатов определения состава атмосферного аэрозоля и органогенных горизонтов почв показал, что формирование химического состава снежного покрова исследованной территории происходит главным образом за счет дальнего переноса веществ. Рассчитаны коэффициенты обогащения элементами талой воды и атмосферного аэрозоля, оценено накопление металлов в снеге, аэрозоле и почвах.

Ключевые слова: снежный покров, металлы, органогенные горизонты почв, аэрозоль.

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время усиливается интерес к теоретической и прикладной направленности исследований снежного покрова [1, 3, 7, 15]. Снежный покров - эффективный накопитель поллютантов, которые аккумулируются и сохраняются в нем в неизменном состоянии в течение зимы. Концентрация загрязняющих веществ в снеге оказывается обычно на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. По результатам изучения снежного покрова как естественного накопителя можно установить действительную величину сухих и влажных выпадений и количественные параметры загрязнения экосистем. Анализ состава снега и аэрозолей и соотношение макро- и микрокомпонентов обеспечивает получение полезной информации относительно дальнего переноса веществ, поступивших в атмосферу от различных источников. В целом количественная химическая характеристика снежного покрова и аэрозолей -надежный маркер при оценке загрязнения окружающей среды [5, 6].

Исследования последних десятилетий свидетельствуют о значительном росте содержания тяжелых металлов в атмосфере, осадках, почвах и других природных объектах, находящихся на весьма удаленных расстояниях от источников

эмиссии [9, 10]. Элементный состав снежного покрова фоновых территорий определяется поступающими на подстилающую поверхность аэрозолями, химический состав которых обусловлен дальностью их переноса. Формирование химического состава снежного покрова фоновых территорий обусловлено загрязненностью воздуха в результате дальних и региональных переносов поллютантов, а массовая доля элементов в почвах зависит не только от факторов почвообразования, но и от количественного вещественного состава выпавшего снега. На основании сопоставления установленных геохимических рядов накопления металлов в снежном покрове и органогенном (подстилочном) слое почв можно выявить роль дальних и региональных переносов в формировании химического состава снежного покрова [15].

Для определения источников поступления металлов в аэрозоли, вышедших на поверхность в составе снежного покрова, часто используют коэффициент обогащения (Коб), который при значительном влиянии дальнего переноса будет иметь наибольшие значения для аэрозоля [1].

Известно, что соотношение содержания металлов в водорастворимых соединениях и в составе взвешенных частиц зависит от степени загрязнения окружающей среды. В фоновых районах в

составе снежного покрова преобладают растворимые соединения металлов. Вблизи источников выбросов одновременно с увеличением общей пылевой нагрузки преобладают малорастворимые соединения большинства элементов [2, 6, 8, 12].

Цель данного исследования - оценить поступление растворимых и малорастворимых форм металлов и на основе этого выявить роль дальнего и регионального переносов веществ в формировании химического состава снежного покрова на фоновых территориях таежной зоны Европейского северо-востока России (Республики Коми).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объекты исследования - снежный покров, атмосферный аэрозоль и образцы органогенных (подстилочных) горизонтов почв фоновых территорий таежной зоны Европейского северо-востока России (Республика Коми). Отбор образцов проведен по подзонам тайги: южная, средняя, северная. Схема отбора образцов снега, аэрозоля и почв представлена на рис. 1.

Отбор проб, хранение образцов снежного покрова, химический анализ талой воды и

аэрозолей выполнены в соответствии с руководством по контролю загрязнения атмосферы РД.52.04.186-89. Пробы атмосферного аэрозоля отбирали в нескольких пунктах, приуроченных к местам отбора образцов снежного покрова. Отбор аэрозолей проводили фильтрацией фиксированного объема воздуха через ацетат-целлюлозные фильтры АФА-ХА-20 с помощью аспиратора АВА-3-180-01А. Воздухозабор осуществляли на высоте 1.5-2 м от земли по направлению ветра. Длительность отбора одной пробы составляла от 1.5 до 2 час., а объем прокаченного через фильтр воздуха для одной пробы - не менее 20 м3. Отбор образцов почв проводили согласно ГОСТ 17.4.3.01. Для оценки вариабельности содержания металлов в органогенных горизонтах почв (О) отобрали смешанные образцы, состоящие из 15 индивидуальных проб. Для определения содержания тяжелых металлов в почве руководствовались РД 52.18.191-89.

Количественный химический анализ металлов проводился методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98, ПНД Ф 14.1:2:4.135-98). Определяли количественное содержание в снеге

Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб снежного покрова, атмосферного аэрозоля и почв.

и пробах атмосферного аэрозоля следующих элементов: К, Са, Мп, Zn, Сё, Си, N1, РЬ, Fe, А1, Сг в образцах почв - Мп, Zn, Сё, Си, N1, РЬ. Содержание элементов в снегу исследовали путем анализа как растворимой фракции талой воды (фильтрат), так и нерастворимой фракции (фильтр), оценивая массовую долю каждого элемента в обеих фракциях талой воды. Содержание исследуемых компонентов в снеговой воде оценивали в единицах массовых концентраций в мкг/дм3. Для более корректной интерпретации результатов эксперимента полученные результаты пересчитывали в соответствующие значения уровней поступления веществ в мг/м2 (г/м2) по следующей формуле:

Р [ мг/м2]

2П = Ст [мкг/дм ] ■ Г[дм ] 5[см2] ■ п

10,

составляют терригенные элементы А1, Сг и Fe, содержание которых больше в составе нерастворимой фракции талой воды. Наиболее значительные изменения в соотношении доли растворимых и нерастворимых соединений отмечены в снеге для кадмия. Установлено, что N1, Сё, Си, Zn находятся в основном в составе растворимых соединений. Это согласуется с данными, полученными другими авторами [6].

Вклад аэрозолей различного происхождения в формирование химического состава снежного покрова оценивали путем расчета значений коэффициентов аэрозольного обогащения (Коб) снега элементами относительно их содержания в земной коре. Для каждого элемента коэффициент обогащения рассчитывали по формуле

где Р - масса определяемого компонента, поступившего на единицу площади поверхности земли за весь период сохранения снежного покрова;

Ст - массовая концентрация компонента в талой воде;

V - объем талой воды всей пробы;

5 - площадь внутреннего поперечного сечения трубы для отбора проб снега;

п - число кернов снежного покрова, отобранных в данной точке;

10 - коэффициент для согласования размерности.

Химико-аналитические исследования проводились на основе приборно-методической базы лаборатории "Экоаналит" Института биологии КНЦ УрО РАН, аккредитованной применительно к объектам количественного химического анализа для целей производственного экологического контроля, мониторинга загрязнения окружающей природной среды и научных исследований (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.5H25?).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные в данном исследовании результаты показали, что в снежном покрове фоновых ландшафтов таежной зоны преобладают водорастворимые соединения как макро- (№, К, Са, Mg), так и микроэлементов (№, Сё, Zn, Мп, Си, РЬ) (табл. 1). Массовая доля элементов в составе нерастворенной фракции талой воды для данных элементов значимо меньше. При этом массовая доля растворимых форм элементов при продвижении с юга на север увеличивается. Исключение

К об

[ ~ (Э )./ю (А1)] пробас [~ (Э ),/~ (А1)] земн.к

где <~(Э); - массовая доля элемента в атмосферном аэрозоле (в снеге) и земной коре; м(А1) - массовая доля алюминия в атмосферном аэрозоле и земной коре (кларк) [11].

Для расчета коэффициентов обогащения использовали значения содержания элементов как в виде растворенных соединений, так и в составе малорастворимой фракции талой воды. По значениям Коб рассматриваемые элементы могут быть разделены на терригенные (Коб < 10) и антропогенные (Коб > 10) [14]. Средние значения коэффициентов обогащения представлены в таблице 2. Для суммарного содержания металлов в снеге значения этих коэффициентов увеличиваются за счет вклада малорастворимой фракции, которая обусловлена локальным загрязнением снежного покрова. Однако Коб для элементов в составе взвешенных частиц значительно меньше, чем для растворимых форм элементов в снеге. Для суммарного содержания металлов в снеге наименьшие значения коэффициентов обогащения получены для магния (Коб = 7) и хрома (Коб = 10). Несмотря на то, что натрий, калий и кальций относятся к макроэлементам и содержатся в больших количествах в земной коре, их коэффициенты обогащения превысили предельное значение (Коб = 10) для терригенных элементов и составили 34, 19 и 26 соответственно. Максимальные значения коэффициентов обогащения получены для кадмия. Второй по величине Коб принадлежит цинку -элементу, доминирующему в зимних атмосферных осадках исследованной территории.

Для наглядности представления значений коэффициентов обогащения снега элементами

Таблица 1. Соотношение элементов во фракциях талой снеговой воды

м

0

и

1

о

к

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком